بررسي تجربي دماي توربوشارژر موتور احتراق داخلي با در نظر گرفتن تاثير پمپ آب برقي در آزمون رسوخ حرارتي

Experimental thermal investigation of turbocharger in internal combustion engine and considering effect of electrical water pump on heat soak test

در طي سال‌هاي اخير مطالعات زيادي بر روي انتقال حرارت توربوشارژر انجام‌شده است، اما تحقيقات محدودي در زمينه شرايط عملكردي ناپايا توربوشارژر انجام شده است. يكي از نكاتي كه مورد بررسي قرار نگرفته، توزيع دماي بدنه توربوشارژر در آزمون رسوخ حرارتي مي‌باشد. رسوخ حرارتي مربوط به زماني هست كه بعد از كاركرد در شرايط تمام بار، بصورت ناگهاني موتور خاموش شود. به محض خاموش شدن، حرارت موجود در هوزينگ توربين به سمت هوزينگ ياتاقان منتقل شده و منجر به افزايش دماي بدنه هوزينگ، ياتاقان‌ها، آب‌بندها و روغن مي‌شود كه احتمال خرابي ياتاقان‌هاي توربوشارژر را افزايش مي‌دهد. در اين پژوهش بررسي تجربي بر روي توربوشارژر موتور بنزيني با در نظر گرفتن آزمون رسوخ حرارتي انجام شد و تاثير پمپ آب برقي در توزيع دماي توربوشارژر نيز برررسي شد. علاوه بر اندازه‌گيري‌هاي مورد نياز براي محاسبه نقاط كاري كمپرسور و توربين، مجموعه‌اي از حسگرهاي دما بر روي توربوشارژر نصب شدند تا دماي سطوح محفظه‌هاي توربين، كمپرسور و ياتاقان بر روي اتاق آزمون موتور اندازه‌گيري شوند. همچنين دبي، دما و فشار هوا و آب عبوري نيز اندازه‌گيري شدند. بر اساس نتايج آزمون رسوخ حرارتي براي موتور با مدارخنك‌كاري اصلي، بعد از خاموش شدن موتور، دماي محفظه ياتاقان 60 درجه سانتيگراد افزايش مي‌يابد و بيشينه دماي محفظه ياتاقان در نزديكي توربين 220 درجه سانتيگراد شد. در حاليكه با اضافه شدن پمپ آب برقي توربوشارژر، ميزان افزايش دماي بدنه هوزينگ ياتاقان 10 درجه سانتيگراد مي‌باشد

In the past years many research efforts have been performed on turbocharger heat transfer, however, there are not enough investigation on unsteady condition of turbocharger. One of the unsteady condition is heat soak test. In this test, engine runs at maximum power until all temperatures are stabilized, then the engine stops suddenly. After the engine has been shut down, heat which is stored in the turbine housing soaks back into the bearing housing of the turbocharger. This heat can potentially destroy the bearing system and the oil-sealing piston rings. The aim of the paper is to investigate the effect of turbocharger temperature distribution in heat soak test and considering effect of electrical water pump on temperature distribution. Experimental investigation performed on gasoline engine turbocharger, which several thermocouples were inserted on accessible surfaces of the turbocharger. Temperature of turbine, compressor and bearing housings were measured inside engine test cell. Moreover, temperature, pressure and flow rates of oil, water and air were measured. Results of engine heat soak test with original cooling circuit show that bearing housing temperature increased 60°C after engine shutdown and maximum temperature reached 220°C. However, using electrical water pump after engine shutdown caused only 10°C increase in temperature of bearing housing. In addition, optimum flow of water was specified by changing water flow rate in each working point of engine.